In-situ Monitoring of GaN Epilayers by Spectral Reflectance

An in-situ, real-time monitoring of GaN epilayers grown by low pressure metalorganic chemical vapor deposition system modified for spectral reflectance was performed. Reflectance spectrums from 190~861 nm were observed using p-polarized light with incident angle of $75^{\circ}$. All reflectance spectrums showed interference oscillation caused by multiple reflection within GaN epilayers, and the spectrum from GaN with low crystalline quality showed weak reflectance intensity and much low amplitude of the oscillation because many defects in GaN resulted in light scattering and absorption. Signal variation of reflected light which was selected around strong constructive wavelength range was also observed during $NH_3$ supplying and $NH_3$ cut-off. There was no significant change in signal intensity when $NH_3$ cut-off for 10 sec, but it showed higher intensity when $NH_3$ was cut off for over 30 sec and its intensity kept unchanged. This result indicates that GaN surface was N-terminated during $NH_3$ supplying but Ga-terminated during $NH_3$ cut-off because of high nitrogen equilibrium vapor pressure of GaN, and metallic Ga-terminated surface caused slightly higher reflectance intensity.

분광 반사법을 이용한 GaN 박막의 실시간 관찰

본 연구에서는 분광 반사 측정용으로 개조된 metalorganic chemical vapor deposition를 이용하여 GaN의 성장을 반응기 내부에서 실시간으로 관찰하였다. 분광 반사법에서는 190~861 nm의 p-편광된 빛을 시편에 $75^{\circ}$로 입사시킨 후 뒤 GaN 박막으로부터 반사되어 나오는 빛을 분석한다. 관찰된 반사 스펙트럼은 다중반사로 인하여 간섭현상도 함께 보여주고 있는데, 이때 위아래로 진동하는 폭은 박막의 결정성이 나쁘면 줄어들었고, 이는 박막 내부에 존재하는 많은 결함에 의해 입사된 빛이 산란되거나 흡수되어 전체적으로 반사강도가 크게 감소하였기 때문으로 판단된다. 또한 가장 강한 보강간섭을 나타내는 파장을 선택하여 $NH_3$의 공급여부에 따른 강도변화를 실시간을 관찰하였는데, 10초 차단한 경우에는 큰 변화는 없었지만, 30초 이상인 경우에는 뚜렷한 강도 증가가 관찰되었고, 계속 차단하였을 때도 높아진 강도로 계속 유지되었다. 이러한 현상은 $NH_3$를 공급했을 때 표면은 N로 덮여 있었지만, $NH_3$ 공급을 차단하면 GaN의 높은 질소평형증기압으로 인하여 표면의 질소가 탈착되어 표면은 금속성의 Ga으로 덮인 상태로 바뀌었기 때문에 반사강도가 약간 상승한 것으로 보인다.